Hành trình nghiên cứu bắt đầu từ vùng Tây Sơn Thượng Đạo, nay thuộc An Khê (Gia Lai), nơi phong trào Tây Sơn hình thành. Trong các hang động có lớp phân dơi tích tụ qua thời gian dài, kết quả phân tích cho thấy hàm lượng hợp chất photphat ở mức cao, đồng thời sẵn có các hóa chất cần thiết cho việc tách phốt pho, đó là silica và cacbon. Đây được xem là tiền đề hóa học cho giả thuyết về khả năng tách phốt pho từ nguồn nguyên liệu tự nhiên.

Các ghi chép dân gian từng nhắc đến hiện tượng “sáp trắng phát sáng và tự bốc cháy” hình thành ở thành hang ẩm ướt khi đốt gỗ quý sinh nhiệt lớn trên nền hang trong thời gian dài. Dưới góc nhìn khoa học, hiện tượng này trùng khớp với đặc tính của phốt pho trắng, chất có thể tự bốc cháy khi tiếp xúc với oxy sau khi được giải phóng khỏi hợp chất photphat ở nhiệt độ cao.

Phân tích kỹ thuật cho thấy, điều kiện bắt buộc để tách phốt pho là phải đạt ngưỡng nhiệt tối thiểu khoảng 1.150°C trong thời gian dài. Nếu dưới ngưỡng này, phản ứng không hoàn tất. Từ đây, vấn đề đặt ra là khả năng công nghệ của phong trào Tây Sơn trong việc tạo ra và duy trì nhiệt độ cao như vậy.

Một bằng chứng rất quan trọng chứng minh Tây Sơn có khả năng duy trì nhiệt độ còn cao hơn yêu cầu này là hỏa cầu gang rỗng trong Bảo tàng Tây Sơn, vì để tạo được hỏa cầu rỗng ruột như vậy cần phải duy trì nhiệt độ 1.250°C đến 1.350°C trong thời gian dài.

Quân Đại Việt giáp chiến quân Thanh bên bờ sông Hồng, hàng đầu là ống phóng hỏa hổ bằng tre phun lửa Phốt pho xa 10m lập tức biến giặc thành bó đuốc sống, hàng sau là pháo thăng thiên Phốt pho phóng loạt biến toàn bộ đại quân của giặc thành biển lửa.

Nghiên cứu kỹ thuật bễ rèn hai chiều của người Việt cho thấy hệ thống này có thể tạo luồng khí nén liên tục, giúp lò nung đạt và duy trì trên 1.200°C - 1.300°C khi sử dụng nguồn nhiên liệu có nhiệt trị cao như gỗ lim, sến, táu. Đây là điều kiện cần để giải phóng phốt pho khỏi hợp chất photphat.

Song song với đó, vật liệu chịu nhiệt để làm nồi nung đất hang dơi lấy phốt pho cũng là yếu tố quyết định. Làng gốm Gò Sành (Bình Định) được cho là đã sản xuất loại vò sành có khả năng chịu nhiệt tới khoảng 1.300°C. Thành phần silica trong gốm tham gia vào phản ứng khử photphat, đóng vai trò hỗ trợ quá trình tách phốt pho. Thử nghiệm mô phỏng cho thấy nếu sử dụng vật liệu không đủ độ bền nhiệt, lò sẽ nứt hoặc phát nổ trước khi hoàn tất phản ứng.

Một điểm mấu chốt trong lập luận của kỹ sư Vũ Đình Thanh là quy trình nung hai giai đoạn. Trước hết, nguyên liệu phải được gia nhiệt ở mức 300 - 500°C, sau đó mới nâng dần lên trên 1.200°C. Nếu bỏ qua bước trung gian này sẽ gây ra hiện tượng nổ nồi nung. Chính quy trình hai bước được xem như cơ chế bảo mật kỹ thuật tự nhiên, khiến người ngoài khó tái tạo sản phẩm dù nắm được lò nung.

Từ các dữ liệu phân tích và mô phỏng, giả thuyết được đưa ra: phong trào Tây Sơn có thể đã tổ chức sản xuất phốt pho trắng quy mô lớn một cách có chủ đích, không phải hiện tượng ngẫu nhiên. Tây Sơn đã mô phỏng hiện tượng đốt gỗ quý trên nền hang dơi với tất cả các điều kiện và nguyên liệu cần thiết để giải phóng phốt pho trắng (photphat, silica, than, nhiệt lượng cao trong thời gian dài), rồi ngưng tụ trong bể nước y hệt như hơi phốt pho gặp thành hang ẩm nước.

Khi chế tạo được phốt pho trắng với khả năng tự cháy, tạo nhiệt độ cao tới 2.000°C, triệt tiêu oxy và tạo khói độc, kết hợp với kinh nghiệm chế tạo các loại hỏa khí của người Việt từ thời các chúa Nguyễn, quân Tây Sơn dễ dàng có được những hỏa khí biến mọi kẻ thù thành tro bụi.

Khi đối chiếu giả thuyết với trận Rạch Gầm - Xoài Mút, chi tiết “lửa cháy trên mặt nước” trở thành trọng tâm phân tích. Thuốc súng thông thường không có khả năng duy trì cháy trên mặt nước. Phốt pho trắng, nếu được phối trộn đúng cách, có thể tạo ra hiện tượng này.

Chiến dịch mùa Xuân 1789 tại Thăng Long được xem là đỉnh cao của chuỗi lập luận này. Các mô tả trong sử liệu về khói dày đặc, lửa cháy dữ dội và thương vong lớn được đặt trong tương quan với đặc tính hóa học của phốt pho trắng.

Tại Ngọc Hồi, quân Thanh cố thủ trong đồn lũy tương đối kín. Nếu hỏa tiễn chứa Phốt pho phát nổ trong không gian hẹp, sẽ nhanh chóng triệt tiêu oxy, đồng thời tạo khói độc khiến quân Thanh, nếu không chết ngạt thì cũng bị tan biến và ngộ độc, hoàn toàn mất sức chiến đấu, lý giải cho việc sử sách ghi lại cảnh quân ta dễ dàng dồn hàng vạn quân xuống đầm lầy mà hầu như không gặp phản kháng.

Theo kỹ sư Thanh, tại Đống Đa, mật độ hỏa lực phốt pho cao, bất ngờ trong đêm, trong khi quân địch trong không gian nhỏ hẹp không biết hiện tượng thiếu oxy, vẫn hiếu chiến chờ quân Tây Sơn cận chiến mà không chạy ra khỏi đồn như ở Ngọc Hồi, nên đồng loạt tử vong vì hiện tượng ngạt oxy.

Sau hơn một thập kỷ nghiên cứu, kỹ sư Vũ Đình Thanh đưa ra nhận định: Từ An Khê đến Rạch Gầm - Xoài Mút và Thăng Long, có thể tồn tại một chuỗi công nghệ nhất quán gồm phát hiện nguồn nguyên liệu tự nhiên, làm chủ kỹ thuật tách phốt pho, phối trộn thành hỗn hợp chiến đấu và triển khai trên chiến trường quy mô lớn.

Giả thuyết này tiếp tục cần được kiểm chứng bằng khảo cổ học, thực nghiệm độc lập và phân tích liên ngành. Tuy nhiên, các dữ kiện kỹ thuật và sự đối chiếu với mô tả sử liệu đã mở ra một hướng tiếp cận mới: Nhìn nhận Đại thắng Kỷ Dậu 1789 không chỉ dưới góc độ nghệ thuật quân sự và tinh thần dân tộc, mà còn như một dấu ấn của tư duy công nghệ bản địa trong bối cảnh thế kỷ XVIII.